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沉水植物附着生物膜体系特征与生态功能 版权信息
- ISBN：9787030713766
- 条形码：9787030713766 ; 978-7-03-071376-6
- 装帧：一般胶版纸
- 册数：暂无
- 重量：暂无
- 所属分类：>
沉水植物附着生物膜体系特征与生态功能 本书特色
该书从微观角度了解沉水植物-附着生物膜体系特征，以及沉水植物-生物膜体系对外界响应的规律，为从宏观角度提高水体污染治理效率和水生态效果提供理论支持。
沉水植物附着生物膜体系特征与生态功能 内容简介
本书主要以沉水植物-附着生物膜为研究对象，项目拟通过野外调研和室内模拟实验，借助激光共聚焦、核磁共振、电镜、X射线光电子能谱等仪器和分子生物学分析手段，从微观角度研究不同条件下沉水植物-表面附着生物生物膜体系微观变化特征，研究了以下几个方面的内容：1）自然湖泊、河流内生物膜在沉水-浮叶植物表面的附着特征、细菌群落结构的差异，以及其对沉积物细菌结构的影响；2）城市水体里面沉水植物分布特征及外界环境对其影响；3）水流对沉水植物生理及其表面附着生物膜的影响机制；4）氮对沉水植物表面生物膜生长、分布及氮循环细菌的影响；5）氨氮对植物表面附着微生物食物链的影响；6）沉水植物-生物膜对水体氨氮转化的分子生物学机制。该书属于多学科交叉、为水生态修复系统的恢复提供理论支撑。
沉水植物附着生物膜体系特征与生态功能 目录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 水生植物类型及影响因素 2
1.1.1 水生植物主要类型及分布特征 2
1.1.2 水生植物修复水体研究现状 3
1.1.3 水生植物与外部因素 4
1.2 生物膜研究进展 6
1.2.1 生物膜的形成过程及特征 6
1.2.2 自然水体生物膜研究现状 7
1.2.3 生物膜的功能研究进展 7
1.3 沉水植物-生物膜系统研究进展 8
1.3.1 沉水植物-生物膜水体修复技术进展 8
1.3.2 湿地系统对氮的转化机理与应用技术 10
1.3.3 水流对沉水植物和生物膜的影响 10
第2章 沉水植物分布特征及其影响因素——以宁波市为例 13
2.1 宁波市水环境调查与研究方法 14
2.1.1 样品的采集与处理 14
2.1.2 水质及生理指标测定 15
2.1.3 统计方法 15
2.2 宁波市内河沉水植物分布特征及其与环境因子的关系 16
2.2.1 沉水植物的分布与种类 16
2.2.2 63 个采样点水环境指标变化规律 17
2.2.3 环境因子与沉水植物分布间的潜在关系 17
2.2.4 环境因子对沉水植物分布的影响 27
2.3 不同季节沉水植物群落及生理特征对环境因子的响应 28
2.3.1 不同季节植物生理特征的变化 29
2.3.2 环境因子对沉水植物生理的影响 35
2.4 本章小结 37
第3章 自然水体内沉水、浮叶植物表面及根际微生物群落特征 38
3.1 样本采集、检测与统计分析 39
3.1.1 研究区域概况 39
3.1.2 样品采集与检测 39
3.1.3 生物膜分离策略与分析 42
3.2 太湖内两种浮叶植物附着微生物和反硝化细菌结构特征 45
3.2.1 两种浮叶植物上附着微生物分布特征 46
3.2.2 两种浮叶植物表面附着生物膜内藻类的组成 49
3.2.3 两种浮叶植物根、茎和叶片表面附着细菌群落的多样性特征 50
3.2.4 不同样品间叶片附着生物膜膜内细菌群落差异分析 52
3.2.5 两种浮叶植物表面附着生物膜内反硝化基因的丰度变化规律 58
3.3 沭阳新开河内沉水及浮叶植物表面附着微生物特征 61
3.3.1 四种水生植物附着微生物密度与生物膜结构特征 61
3.3.2 水体中浮游藻类和水生植物叶片表面附着藻类密度及组成 61
3.3.3 四种水生植物表面附着细菌群落结构与功能 63
3.4 洪泽湖典型沉水与浮叶植物附着生物膜和沉积物的细菌群落特征 67
3.4.1 地表水与生物膜中细菌和藻类的特征 67
3.4.2 生物膜和沉积物中的细菌群落特征 70
3.4.3 聚类分析与主成分分析 81
3.4.4 与氮循环有关的微生物 81
3.4.5 细菌的组成的多样性与宿主特异性 83
3.4.6 水生植物根系可能改变沉积物细菌群落结构 83
3.4.7 参与氮循环的硝化与反硝化细菌群落 84
3.5 本章小结 85
第4章 花神湖三种沉水植物表面生物膜的分布特征与藻类群落结构 86
4.1 实验材料与方法 87
4.1.1 样品采集 87
4.1.2 实验方法 87
4.2 水环境与沉水植物附着微生物、藻类的微观分布特征 89
4.2.1 样品采集区水环境水质特征 89
4.2.2 沉水植物附着微生物、藻类的微观分布特征 90
4.2.3 沉水植物表面微生物群落结构与分布规律 92
4.3 本章小结 97
第5章 水流对沉水植物-附着生物膜体系的影响 99
5.1 流速对自然河流中沉水植物-附着生物膜体系的影响 99
5.1.1 自然河流原位实验设置与指标监测 100
5.1.2 丁家山河水环境年度变化特征 107
5.1.3 不同生长期植物形态和生理变化特征 107
5.1.4 植物表面附着细菌群落变化特征 117
5.1.5 流速与季节变化对苦草附着细菌群落结构影响机理分析 122
5.1.6 附着细菌群落结构与环境因子间的相关性 123
5.2 实验条件下不同流速对沉水植物-生物膜系统的影响 124
5.2.1 实验设计与分析方法 125
5.2.2 水流变化特征 130
5.2.3 沉水植物生长率变化及植物-附着微生物分布特征 132
5.2.4 昼夜变化下叶片-生物膜微环境变化 133
5.2.5 沉水植物附着生物膜结构 134
5.2.6 植物表面微生物结构变化特征 138
5.3 本章小结 141
5.3.1 流速对自然河流中沉水植物-附着生物膜体系的影响 141
5.3.2 实验条件下不同流速对沉水植物-附着生物膜体系的影响 141
第6章 水流及悬浮颗粒物对沉水植物表面生物膜的影响 142
6.1 实验设计与分析方法 142
6.2 水流及悬浮颗粒物对水体理化指标的影响 145
6.3 水体浊度及悬浮颗粒物粒径变化 148
6.4 沉水植物附着生物膜的量及粒径变化 152
6.5 沉水植物附着生物膜结构变化 154
6.6 沉水植物附着细菌群落结构变化 157
6.7 本章小结 166
第7章 不同氮水平对沉水植物-附着生物膜体系的影响 167
7.1 氨氮对沉水植物-附着生物膜体系的影响 167
7.1.1 样品采集、检测与统计分析 168
7.1.2 叶片生物膜群落和生长分析 170
7.1.3 叶片生物膜的多重分形分析 171
7.1.4 叶片表面化学性质对铵的响应 173
7.1.5 细胞内氧化/还原状态的改变 175
7.2 硝态氮对沉水植物-附着生物膜体系的影响 176
7.2.1 样品采集、检测与统计分析 177
7.2.2 水环境指标及细胞内生理状态的改变 179
7.2.3 植物次生代谢的变化 181
7.2.4 叶片表面光合效率对NO3？ -N胁迫的响应 182
7.2.5 生物膜过度增殖和分形分析 183
7.2.6 叶片表面化学性质对NO3？ -N的响应 185
7.3 总氮对沉水植物附着生物膜内氮循环微生物的影响 188
7.3.1 材料与方法 188
7.3.2 氮对上覆水体DO 和pH 的影响 190
7.3.3 氮刺激叶片附着生物膜和藻类生长 192
7.3.4 生物膜内脱氮和氮循环相关基因的变化 194
7.3.5 沉水植物表面附着氮循环微生物对环境条件的响应 197
7.4 本章小结 198
第8章 氨氮对沉水植物表面附着微生物食物链的影响 200
8.1 样品采集、检测与统计分析 200
8.2 氨氮添加对附着生物膜内微生物的影响 202
8.2.1 氨氮添加对生物膜内微生物的影响 202
8.2.2 氨氮胁迫下附着生物膜内细菌群落演替特征 202
8.2.3 氨氮胁迫下生物膜内真核生物群落演替特征 205
8.2.4 氨氮作用下优势生物与环境参数的关系 210
8.2.5 氨氮对生物膜内微生物食物链的影响 212
8.3 本章小结 215
第9章 沉水植物-附着生物膜系统对氨氮的去除机制——以穗状狐尾藻为例 216
9.1 样品采集、检测及统计分析 216
9.2 沉水植物及沉积物系统在氮转化中的重要作用 220
9.3 氮在沉水植物-附着生物膜系统及沉积物中的转化 221
9.3.1 同位素示踪氮在穗状狐尾藻-沉积物内的转化 221
9.3.2 氮平衡计算 222
9.4 沉水植物附着生物膜氮转化相关微生物及功能基因 223
9.4.1 氮转化造成的生物膜细菌群落的变化 223
9.4.2 氨氮转化过程微生物群落功能的变化 227
9.4.3 氮转化相关微生物和功能基因关联分析 227
9.5 本章小结 233
参考文献 234
前言
第1章 绪论 1
1.1 水生植物类型及影响因素 2
1.1.1 水生植物主要类型及分布特征 2
1.1.2 水生植物修复水体研究现状 3
1.1.3 水生植物与外部因素 4
1.2 生物膜研究进展 6
1.2.1 生物膜的形成过程及特征 6
1.2.2 自然水体生物膜研究现状 7
1.2.3 生物膜的功能研究进展 7
1.3 沉水植物-生物膜系统研究进展 8
1.3.1 沉水植物-生物膜水体修复技术进展 8
1.3.2 湿地系统对氮的转化机理与应用技术 10
1.3.3 水流对沉水植物和生物膜的影响 10
第2章 沉水植物分布特征及其影响因素——以宁波市为例 13
2.1 宁波市水环境调查与研究方法 14
2.1.1 样品的采集与处理 14
2.1.2 水质及生理指标测定 15
2.1.3 统计方法 15
2.2 宁波市内河沉水植物分布特征及其与环境因子的关系 16
2.2.1 沉水植物的分布与种类 16
2.2.2 63 个采样点水环境指标变化规律 17
2.2.3 环境因子与沉水植物分布间的潜在关系 17
2.2.4 环境因子对沉水植物分布的影响 27
2.3 不同季节沉水植物群落及生理特征对环境因子的响应 28
2.3.1 不同季节植物生理特征的变化 29
2.3.2 环境因子对沉水植物生理的影响 35
2.4 本章小结 37
第3章 自然水体内沉水、浮叶植物表面及根际微生物群落特征 38
3.1 样本采集、检测与统计分析 39
3.1.1 研究区域概况 39
3.1.2 样品采集与检测 39
3.1.3 生物膜分离策略与分析 42
3.2 太湖内两种浮叶植物附着微生物和反硝化细菌结构特征 45
3.2.1 两种浮叶植物上附着微生物分布特征 46
3.2.2 两种浮叶植物表面附着生物膜内藻类的组成 49
3.2.3 两种浮叶植物根、茎和叶片表面附着细菌群落的多样性特征 50
3.2.4 不同样品间叶片附着生物膜膜内细菌群落差异分析 52
3.2.5 两种浮叶植物表面附着生物膜内反硝化基因的丰度变化规律 58
3.3 沭阳新开河内沉水及浮叶植物表面附着微生物特征 61
3.3.1 四种水生植物附着微生物密度与生物膜结构特征 61
3.3.2 水体中浮游藻类和水生植物叶片表面附着藻类密度及组成 61
3.3.3 四种水生植物表面附着细菌群落结构与功能 63
3.4 洪泽湖典型沉水与浮叶植物附着生物膜和沉积物的细菌群落特征 67
3.4.1 地表水与生物膜中细菌和藻类的特征 67
3.4.2 生物膜和沉积物中的细菌群落特征 70
3.4.3 聚类分析与主成分分析 81
3.4.4 与氮循环有关的微生物 81
3.4.5 细菌的组成的多样性与宿主特异性 83
3.4.6 水生植物根系可能改变沉积物细菌群落结构 83
3.4.7 参与氮循环的硝化与反硝化细菌群落 84
3.5 本章小结 85
第4章 花神湖三种沉水植物表面生物膜的分布特征与藻类群落结构 86
4.1 实验材料与方法 87
4.1.1 样品采集 87
4.1.2 实验方法 87
4.2 水环境与沉水植物附着微生物、藻类的微观分布特征 89
4.2.1 样品采集区水环境水质特征 89
4.2.2 沉水植物附着微生物、藻类的微观分布特征 90
4.2.3 沉水植物表面微生物群落结构与分布规律 92
4.3 本章小结 97
第5章 水流对沉水植物-附着生物膜体系的影响 99
5.1 流速对自然河流中沉水植物-附着生物膜体系的影响 99
5.1.1 自然河流原位实验设置与指标监测 100
5.1.2 丁家山河水环境年度变化特征 107
5.1.3 不同生长期植物形态和生理变化特征 107
5.1.4 植物表面附着细菌群落变化特征 117
5.1.5 流速与季节变化对苦草附着细菌群落结构影响机理分析 122
5.1.6 附着细菌群落结构与环境因子间的相关性 123
5.2 实验条件下不同流速对沉水植物-生物膜系统的影响 124
5.2.1 实验设计与分析方法 125
5.2.2 水流变化特征 130
5.2.3 沉水植物生长率变化及植物-附着微生物分布特征 132
5.2.4 昼夜变化下叶片-生物膜微环境变化 133
5.2.5 沉水植物附着生物膜结构 134
5.2.6 植物表面微生物结构变化特征 138
5.3 本章小结 141
5.3.1 流速对自然河流中沉水植物-附着生物膜体系的影响 141
5.3.2 实验条件下不同流速对沉水植物-附着生物膜体系的影响 141
第6章 水流及悬浮颗粒物对沉水植物表面生物膜的影响 142
6.1 实验设计与分析方法 142
6.2 水流及悬浮颗粒物对水体理化指标的影响 145
6.3 水体浊度及悬浮颗粒物粒径变化 148
6.4 沉水植物附着生物膜的量及粒径变化 152
6.5 沉水植物附着生物膜结构变化 154
6.6 沉水植物附着细菌群落结构变化 157
6.7 本章小结 166
第7章 不同氮水平对沉水植物-附着生物膜体系的影响 167
7.1 氨氮对沉水植物-附着生物膜体系的影响 167
7.1.1 样品采集、检测与统计分析 168
7.1.2 叶片生物膜群落和生长分析 170
7.1.3 叶片生物膜的多重分形分析 171
7.1.4 叶片表面化学性质对铵的响应 173
7.1.5 细胞内氧化/还原状态的改变 175
7.2 硝态氮对沉水植物-附着生物膜体系的影响 176
7.2.1 样品采集、检测与统计分析 177
7.2.2 水环境指标及细胞内生理状态的改变 179
7.2.3 植物次生代谢的变化 181
7.2.4 叶片表面光合效率对NO3？ -N胁迫的响应 182
7.2.5 生物膜过度增殖和分形分析 183
7.2.6 叶片表面化学性质对NO3？ -N的响应 185
7.3 总氮对沉水植物附着生物膜内氮循环微生物的影响 188
7.3.1 材料与方法 188
7.3.2 氮对上覆水体DO 和pH 的影响 190
7.3.3 氮刺激叶片附着生物膜和藻类生长 192
7.3.4 生物膜内脱氮和氮循环相关基因的变化 194
7.3.5 沉水植物表面附着氮循环微生物对环境条件的响应 197
7.4 本章小结 198
第8章 氨氮对沉水植物表面附着微生物食物链的影响 200
8.1 样品采集、检测与统计分析 200
8.2 氨氮添加对附着生物膜内微生物的影响 202
8.2.1 氨氮添加对生物膜内微生物的影响 202
8.2.2 氨氮胁迫下附着生物膜内细菌群落演替特征 202
8.2.3 氨氮胁迫下生物膜内真核生物群落演替特征 205
8.2.4 氨氮作用下优势生物与环境参数的关系 210
8.2.5 氨氮对生物膜内微生物食物链的影响 212
8.3 本章小结 215
第9章 沉水植物-附着生物膜系统对氨氮的去除机制——以穗状狐尾藻为例 216
9.1 样品采集、检测及统计分析 216
9.2 沉水植物及沉积物系统在氮转化中的重要作用 220
9.3 氮在沉水植物-附着生物膜系统及沉积物中的转化 221
9.3.1 同位素示踪氮在穗状狐尾藻-沉积物内的转化 221
9.3.2 氮平衡计算 222
9.4 沉水植物附着生物膜氮转化相关微生物及功能基因 223
9.4.1 氮转化造成的生物膜细菌群落的变化 223
9.4.2 氨氮转化过程微生物群落功能的变化 227
9.4.3 氮转化相关微生物和功能基因关联分析 227
9.5 本章小结 233
参考文献 234
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沉水植物附着生物膜体系特征与生态功能 节选
第1章 绪论 恢复良好的水生态系统是河湖水污染治理的终极目标。自20世纪90年代以来，我国的江河湖泊均受到不同程度的污染，尤其在经济发达的区域(如太湖流域)水域污染严重。除全球变暖导致的降水分布与强度上的不均外，骤增的人口压力与高速的经济发展导致了水质性缺水，区域性水资源短缺问题日趋严重(Rodrigo，2021)。近十几年来，国家对水环境问题高度重视，水污染治理效果显著。2020年，在检测的地表水1973个水质断面中I至III类水体恢复至83.4%，Ⅴ类水体仅占0.6%。由此，水体的修复逐渐从原来的水污染控制转向生态修复和污染治理并行的阶段。尤其是党的十八大以来，生态文明建设纳入了中国特色社会主义建设“五位一体”的总体布局，提出了尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念和坚持节约优先、保护优先、自然恢复为主的方针。党的十九大报告也提出要“坚持人与自然和谐共生”的基本方略，在习近平生态文明思想指引下，按照“山水林田湖草沙是生命共同体”的理念，要“像保护眼睛一样保护生态环境，像对待生命一样对待生态环境”，突出了生态修复的重要性、紧迫性和艰巨性(王夏晖等，2021)。 生物修复技术是在微生物及水生动植物的共同作用下消除污染物，使水体恢复清洁的技术。在自然水生态系统中，藻类和水生植物是初级生产力，其生长过程能够吸附、吸收污染物质，为其他生物提供能量；大部分异养细菌是水体中的分解者，是污染物质矿化的主力军，也是部分原生动物和后生动物的食物来源。因此，在水污染治理初期通常采用控源截污、曝气、使用高效有益菌剂等相结合的方法提高水体的净污能力，为后续水生态修复提供基础。 水生态修复比陆域生态修复要复杂得多。水体往往承担较多的功能，如航运、灌溉、行洪排涝、景观等。在社会经济发展过程中，往往根据河流的功能进行不同程度的强化，如过度挤占水域空间、对河流驳岸进行硬质化处理、过度清淤、裁弯取直等，这给水安全、水环境和水生态修复带来了挑战。另外，当前对水生态系统的重建缺乏理论支撑，如不同植物类型的耐污能力如何？在我国的分布范围有多广？不同水生植物的适宜水深和水流、抗病虫害能力，以及限制其生长的关键因素有哪些？由于这些问题尚未得到解答，在生态修复实践过程中往往缺乏理论支撑，修复方案具有较大的盲目性，大大限制了水体的生态修复效率。 与其他大型植物相比，沉水植物主要生长在水面以下(能够在水深4 m以内的水域生长)，易受光照、水流、水体透明度、污染物、微生物和鱼类等影响。由于其生长在水面以下，受到的关注度较少，相关基础研究严重缺乏。另外一个值得关注的问题是沉水植物的生态功能。前人研究结果显示，在沉水植物密集区，生物膜的生物量可能会超过植物本身。其中，沉水植物为微生物提供栖息地，使不同的微生物各得其所，与植物本身发挥相辅相成的作用，而沉水植物分泌的有机碳源也将促进光合细菌、氨化细菌和反硝化细菌的生长。同时，生物膜内的微生物也为沉水植物提供有机复合物和二氧化碳，促进物质的循环。因此，相较挺水和浮叶等植物，沉水植物受到相对更多的环境因素与生物因素影响。 本书以沉水植物-附着生物膜系统为研究对象，通过野外调研、现场研究和模拟实验等方式，采用电子显微镜、荧光显微镜等设备，结合分形分析、高通量测序和生物信息学等微观分析与分子生物学手段，研究多种场景下沉水植物表面附着微生物的分布特征和群落结构，探明沉水植物-附着生物膜系统的季节变化特征，获取重要水体环境因子对其影响的相关信息。尤其，本书通过野外现场实验和室内模拟研究，揭示水体流速、水体营养盐对该系统的影响机制，对河湖内沉水植物的修复具有一定的借鉴意义。另外，研究发现沉水植物对水体氮的去除效果尤为突出，而脱氮的微观机制却仍不清楚。因此，本书从宏观与微观角度，系统地展示水体氮对沉水植物-附着生物膜体系的影响，以及沉水植物-附着生物膜系统是如何参与水体氮转化的。 通过这些系统的研究，我们期望本书能对环境保护与生态修复领域的本科生、研究生、教师、工程设计人员及工程管理部门提供借鉴和有效信息，以更好地发挥沉水植物在生态修复过程中的优势。下面，首先从水生植物、生物膜及沉水植物-附着生物膜系统的角度系统阐述相关的研究进展，以便读者更好地了解后续章节的研究内容。 1.1 水生植物类型及影响因素 1.1.1 水生植物主要类型及分布特征 根据水生植物生活方式和形态特征的不同，可把水生植物分为挺水植物、浮叶植物、漂浮植物和沉水植物。不同生活型、不同种类植物在水体生态系统中占据不同的生态位(Wetzel，2001)。在典型的水生态系统中，从岸边到水中通常依次分布着挺水植物、浮叶植物和沉水植物，而漂浮植物的分布空间较广。 挺水植物一般生活在位于0～1.5 m水深的区域内，根植于沉积物中，叶片挺出水面。挺水植物大多数为根茎型或球茎型多年生植物(如甜茅属 Glyceria、荸荠属 Eleocharis、芦苇属 Phragmites、藨草属 Scirpus、香蒲属 Typha和菰属 Zizania)。在实践中，挺水植物多用于人工湿地净化水质和景观。 浮叶植物主要生长在水深0.5～1.5 m的区域。在其异形叶性品种中，浮叶一般前生或伴生于沉水叶。浮叶植物生殖器官一般为浮水或气生，漂浮叶位于长而柔韧的叶柄上(如睡莲科的萍蓬草属 Nuphar和睡莲属 Nymphaea)，或位于长的上升茎的短叶柄上(如莼菜属 Brasenia和浮叶眼子菜 Potamogeton natans)。 漂浮植物是一个具有高度多样性的群体，它们一般不植根于基质，独立生活在水中或水上。其形态与栖息地形式多样，从具备莲座状气生和(或)浮叶及深根的水生植物(如凤眼蓝属 Eichhornia、菱属 Trapa和水鳖属 Hydrocharis)到少根或无根的微小水表浮游或沉水植物(如浮萍科 Lemnaceae、满江红属 Azolla和槐叶苹属 Salvinia)皆有。部分植物如凤眼蓝和大薸等属于入侵生物，需要对其进行控制。 沉水植物主要生活在水面以下，仅在开花时花柄、花朵才露出水面，通常具有不发达或退化的根系。沉水植物的根、茎、叶可以从水体中吸收营养物质，通气组织特别发达。沉水植物的叶片形态差异较大，有带状、轮叶状及丝状。沉水植物包含一部分蕨类植物(如水韭属 Isoetes)、藓类植物、轮藻门植物(轮藻属 Chara、丽藻属 Nitella)和一些被子植物。 1.1.2 水生植物修复水体研究现状 不同水生植物在富营养化水体修复中具有不同的效果。在使用凤眼蓝净化二级处理出水的实验中，7天后植物组织中的氮含量增加了2.9%，磷含量增加了6.7%(Bramwell and Devi，1995)。对白洋淀水体富营养化的研究发现，当荷花种植密度为3株 m–2时，水体中的总氮、总磷和氨氮的平均去除率均超过40%(何连生等，2013)。菱和莲能显著提高水体透明度和物种多样性指数，降低浮游植物密度，抑制水华的发生(刘存歧等，2013)。沉水植物是湿地中重要的初级生产者，对整个水生生态系统的结构、功能和稳定性有决定性的影响，是影响系统营养物质与能量循环的重要因素，而营养物质尤其是氮、磷等无机元素的循环与富营养化过程关系密切(Xing et al.，2016)。沉水植物完全生长在水下，可以通过叶子和根系直接吸收溶解的氮和磷等营养物质，还能降低水体浊度来减少水中的浮游植物(Li et al.，2015)。姚瑶等(2011)通过研究6种沉水植物(金鱼藻、苦草、大苦草、黑藻、矮慈姑和皇冠草)对模拟污水中氮、磷的净化效果发现，苦草对氮的净化效果昀好，黑藻和苦草对磷的净化率高。沉水植物对于底泥中磷的释放也会产生影响，一方面通过呼吸作用减少溶解氧含量来促进底泥中磷的释放，另一方面叶片和根部释放的氧气会促进底泥表面的氧化，降低磷的释放速率(Barko and James，1998)。重金属是不能被生物降解的，只能通过生物吸收的方式从环境中去除，沉水植物可以通过吸附水体中的重金属离子起到净化水体的作用(张饮江等，2012)。Xue 等(2010)研究了沉水植物黑藻对铜的积累和转移，结果表明，黑藻的根系和地上部分均能直接从环境中吸收铜，并且铜主要积累在植物细胞壁中。 除了对水环境中的污染物产生影响，水生植物还可以显著减少沉积物的再悬浮和被侵蚀，并通过各种缓冲作用(比如利用碳酸盐、吸收营养物质和化感作用)来维持湖泊生态系统的清水状态。这个效果对水生态系统是非常有益的，因为再悬浮及其导致的水中浊度的增加对初级生产者、浮游动物群落和捕食-被捕食者的相互作用都有很大的影响。许多研究表明，一些沉水植物通过分泌化学物质从而显著抑制浮游植物的生长，这种作用称为化感作用(Leu et al.，2002; Mohamed，2017)。例如，狐尾藻产生的 Tellimagrandin II可以通过干扰电子转移抑制鱼腥蓝细菌的光合作用，狐尾藻产生的酚类物质和高氯酸通过抑制 PSII活性降低了铜绿微囊藻的光合作用活性(Leu et al.，2002; Zhu et al.，2010)。沉水植物通过光合作用释放氧气到水体中，其根际也会泌氧至沉积物中，改变湿地的理化性质(王玮等，2019)。沉水植物还可以为水生动物提供食物，提高周围水体的生物多样性，通过为浮游动物提供庇护所来调节浮游植物、浮游动物和鱼类间的食物网关系(Yan et al.，2019)。 1.1.3 水生植物与外部因素 由于各种因素的相互作用，水生植物一般出现在河流的特定位置，如植物的生理要求、植物容忍当地环境条件的能力、植物的扩散历史及与其他植物的互作关系。因此，一个植物物种必须能够在当下的环境条件下生长、发育、繁殖，才能持久地生存在水生态环境中。鉴于水生植物与环境因素间的互作关系比较复杂，下面仅从水流、光照、水环境和营养盐的角度简要总结其与水生植物间的相互作用。 1.水流 水流速度和流态对水生植物的生长繁衍有很大的影响。水生植物的出现源于种子、植物繁殖体或相邻群落的扩张。如果水生植物种群是从种子或植物繁殖体开始，则流速必须允许种子在位点沉降。这通常需要低流速(<0.1 m s–1，具体取决于种子或植物繁殖体的浮力)或偶然的环境(如一个障碍处截留种子或植物繁殖体)。如果水生植物是通过相邻群落扩张的，其仅当水流速度不会使基质侵蚀或产生拖曳力而导致植物的茎干断裂时，才会成功繁衍。这个水流速度阈值的大小取决于颗粒物的大小和河床粗化程度。Chambers 等(1991)发现当加拿大河流平均流速大于1 m s-1时就基本没有植物出现，而 Henriques(1987)发现在22条新西兰溪流中，当平均流速超过0.9 m s-1时即没有植被。 洪水的频率也影响流域内水生植物的存在、丰度和物种多样性。在对新西兰17条河流的研究中发现，水生植物的数量和多样性随着洪水频次的增加而减少，且当每年有超过13次高流量扰动(流量比年平均流量高7倍以上)时会导致植被消失(Riis et al.，2003)。这表明水生植物繁殖体(如种子、茎块、具鳞根出条、器官和匍匐茎)的到达与发展繁衍需要长时间的水文稳定性。 Riis等(2004)研究了水文稳定的人工溪流中在没有原位种子库或相邻的水生植物床，但有上游植物繁殖体的情况下，水生植物的定植状况。他们发现，水生植物需要10～20周的时间建立大于1%的覆盖率。因此，需要一个很长的洪水间隔期保证植被发展昀大的可能生物量。与没有洪水的溪流相比，即使是一年内少量的洪水数也会导致水生植物丰度的减少。 2.光照 光对水生植物分布和丰度的影响同样很大，不同植物对光的敏感度及其光补偿点也存在着较大差异(Carr et al.，1997; Haury and A.dara，1999; White and Hendricks，2000)。由于遮阴，在
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